истории

Разгон болванки до сверхзвуковой скорости Что такое рельсотрон и когда он появится на вооружении

Источник: Meduza

В конце мая газета The Wall Street Journal опубликовала большой материал, посвященный перспективному американскому энергетическому оружию — рельсотрону. В материале газеты утверждалось, что, по мнению военных планировщиков, такое орудие, в случае необходимости, поможет США защитить Прибалтику от российской военной агрессии и поддержать союзников в противостоянии с Китаем в Южно-Китайском море. «Медуза» попросила военного эксперта Василия Сычева рассказать, что такое рельсотрон и как быстро его можно принять на вооружение. 

Рельсотрон — оружие, знакомое многим людям, хотя бы раз игравшим в игры серии Quake. Там при помощи такой «пушки» можно было смело отстреливать строггов и устанавливать мир, справедливость и общественный порядок на Строггосе. В реальности все немного иначе, и военные вооружатся рельсотронами еще очень не скоро. По целому ряду причин, в числе которых — отсутствие нужных технологий.

В реальном мире рельсотрон представляет собой пушку, в которой для разгона электропроводного снаряда используется электромагнитная сила. По сути, это пара прямых металлических рельсов, подключенных к мощным ионисторам (кондесаторам с колоссальной емкостью и способностью отдавать высокие токи при разряде). Между рельсами устанавливается металлическая болванка.

На первом этапе запуска снаряд, не оснащенный ни порохом, ни взрывчаткой, является частью электрической цепи. Его движение обеспечивается силой Лоренца, когда через болванку и ее собственное магнитное поле начинает течь электрический ток. Физика работы рельсотрона изучена уже достаточно давно — и не только в США, но и в СССР, но создание оружие стало возможным лишь сейчас — благодаря появлению новых материалов. Да и то лишь отчасти.

Для того чтобы вести огонь из рельсотрона, необходим мощный источник питания, энергия которого будет расходоваться на очень быстрый разгон металлической болванки-снаряда. Например, для разгона снаряда массой около трех килограммов потребляемая мощность рельсотрона должна быть не менее трех мегаватт. Для этого и нужны батареи ионисторов, которые по массе и по своей важности превосходят все остальные части рельсотрона вместе взятые.

Перед выстрелом энергетическая установка — например, газотурбинный двигатель корабля — заряжает ионисторы. В момент выстрела ионисторы практически мгновенно разряжаются на рельсы, снаряд разгоняется до колоссальных скоростей. При этом ствол рельсотрона испытывает чудовищные перегрузки: рельсы превращаются в два магнита и начинают отталкиваться друг от друга, сильно нагреваются и, вдобавок, очень быстро изнашиваются и прогорают.

Ресурс существующих сегодня прототипов рельсотрона крайне мал. По разным данным, ресурса ствола рельсотронов пока хватает на 50-100 выстрелов. Для сравнения, ресурс ствола обычного артиллерийского орудия Mk.45 калибра 127 миллиметров, стоящего на эсминцах типа «Арли Берк», составляет около 600 выстрелов. 

Ионисторные батареи тоже не могут выдерживать большое количество циклов заряда и быстрого разряда. Наконец, прототипы рельсотронов, изначально разрабатываемых для установки на корабли, не имеют вообще никакой защиты от морской воды и соленого воздуха.

Без взрывчатого вещества

Активной разработкой рельсотронов в США сейчас занимаются две компании: американское подразделение британской BAE Systems и General Atomics. Созданные ими образцы обладают примерно одинаковыми характеристиками и проходят стрельбовые испытания с 2010 года. Причем разработки несколько отстают по срокам: изначально первые морские испытания рельсотрона планировалось провести еще в 2015 году. Теперь же они назначены на середину 2016-го.

Конечная цель проекта — создание надежного скорострельного рельсотрона, который сможет разгонять снаряд до 5,8 тысячи метров в секунду и поражать цели диаметром пять метров на расстоянии в 370 километров. Прицельная дальность стрельбы рельсотрона в 20 раз превысит такой показатель для современных образцов артиллерийских вооружений в составе ВМС США. Дульная энергия готового рельсотрона составит 64 мегаджоуля и будет регулируемой в зависимости от дальности до цели.

Самый мощный прототип рельсотрона сегодня имеет дульную энергию в 33 мегаджоуля. Орудие на максимальной мощности способно вести огонь снарядами массой десять килограммов на дальность до 407,4 километра. При этом дульная скорость снаряда составляет около восьми чисел Маха (2,7 тысячи метров в секунду). Для сравнения, дульная скорость снаряда той же пушки Mk.45 версии Mod.4 составляет 802 метра в секунду. Конечная скорость болванки рельсотрона у цели составит около пяти чисел Маха.

Согласно требованиям военных, снаряды для рельсотрона должны быть корректируемыми. Это означает, что в них должна быть установлена собственная электроника системы наведения и отклонения хвостового оперения. Если такой снаряд при выстреле будет контактировать с рельсами напрямую, вся электроника сгорит еще до того, как болванка покинет ствол. Чтобы справиться с этим, разработчики заимствовали технологию обычных подкалиберных снарядов.

Подкалиберным снарядом называется боеприпас, калибр которого меньше калибра орудия, из которого им стреляют. Чтобы огонь таким снарядом был все же возможен, боеприпас помещают в специальный поддон — металлические пластины (чаще алюминиевые), которые доводят калибр снаряда до калибра орудия, а после покидания ствола разлетаются в разные стороны. В рельсотроне снаряд находится в металлическом поддоне и электрически изолирован от него.

Каким образом разработчикам удалось защитить электронику снаряда от электромагнитного импульса при выстреле и не перекрыть при этом связь для приемника сигналов GPS, пока неизвестно. Тем не менее, первые испытания рельсотронных болванок с электронной начинкой состоялись весной текущего года и были признаны успешными. Элетроника в полете в штатном режиме корректировала траекторию снаряда.

Во время стрельбовых испытаний снаряды в момент выстрела испытывали перегрузки до 30 тысяч g. При этом дульная энергия рельсотрона была ограничена тремя мегаджоулями. Испытания проводила компания General Atomics. По ее данным, компоненты внутри болванок не только благополучно перенесли перегрузки, но и не потеряли способности корректно работать под воздействием магнитного поля с индуктивностью в несколько тесла. 

Еще одной особенностью снарядов для рельсотрона является полное отсутствие взрывчатого вещества в них. И его там не будет. Болванки будут полностью кинетическими. Дело в том, что на больших скоростях заряды взрывчатого вещества просто не нужны. Тяжелый снаряд (испытания проходили болванки массой 3,2 килограмма) на гиперзвуковой скорости имеет колоссальную кинетическую энергию. При столкновении с целью происходит резкое торможение и взрывной переход кинетической энергии в тепловую. Это явление называется кинетическим взрывом.

Помимо больших рельсотронов для ВМС США, планируется разработать и меньшие по размерам орудия калибром от 12,7 до 127 миллиметров. Рельсотроны маленького калибра будут портативными. Испытания орудия калибром 127 миллиметров намечены уже на 2017 год, но ожидать их скорого появления в войсках пока не стоит. На боевых машинах и спинах бойцов пока просто нет места для размещения мощного генератора и тяжелой ионисторной батареи. 

Более электрический корабль

Во второй половине 2000-х и в самом начале 2010-х годов энергетическое оружие всерьез захватило умы военных. Настолько, что для него планировалось построить специальные «более электрические корабли». Они имели бы обычные газотурбинные энергетические установки, но все бортовое оборудование, включая двигатели, работало бы на электричестве. Речь идет об эсминцах типа «Зумвалт». 

Строительство первого такого корабля велось с 2010 года американской компанией General Dynamics. В конце октября 2013 года эсминец спустили на воду. Корабль, построенный с широким применением технологий малозаметности, получил имя в честь адмирала Элмо Рассела Зумвалта-младшего, руководившего морскими операциями ВМС США с 1970-го по 1974 год. В настоящее время в интересах ВМС США ведется строительство еще двух эсминцев типа: «Майкл Монсур» и «Линдон Джонсон». Их передача флоту запланирована на 2016-й и 2018 год соответственно.

Изначально Пентагон планировал приобрести серию из 32 эсминцев типа «Зумвалт», однако из-за нехватки средств, отсрочек в разработке рельсотронов и боевых лазеров сократил заказ до трех кораблей. При этом проект эсминцев был скорректирован, чтобы корабли могли использовать самое обычное вооружение.

Эсминцы типа «Зумвалт» смогут развивать скорость до 30 узлов. Они будут вооружены 20 пусковыми установками Mk. 57 VLS на 80 ракет, двумя 155-миллиметровыми пушками и двумя зенитными орудиями Mk. 110 калибра 57 миллиметров. На эсминцах будут базироваться один вертолет SH-60 Sea Hawk и три беспилотных летательных аппарата MQ-8 Fire Scout.

Новые эсминцы будут оснащены газотурбинными энергетическми установками с генераторами общей мощностью 72 мегаватта. Для ведения стрельбы из рельсотрона с темпом в шесть выстрелов в минуту (нормальный устоявшийся артиллерийский темп в интенсивном бою) потребляемая мощность составит около 16 мегаватт. Это грозит кораблю потерей скорости в бою, а значит — серьезным риском погибнуть. И это при условии, что «Зумвалт» будет вооружен только одним рельсотроном.

В середине марта 2016 года директор управления боевых действий надводных сил ВМС США контр-адмирал Пит Фанта заявил, что эсминцы не будут серийно комплектоваться рельсотронами. По словам Фанты, на третий корабль проекта — «Линдон Джонсон» — рельсотрон, вероятно, будет установлен, но уже значительно позже завершения его строительства и принятия на вооружение в 2021 году.

Сроки

30 мая 2016 года, реагируя на публикацию в The Wall Street Journal, первый заместитель председателя комитета Совета Федерации по обороне и безопасности Франц Клинцевич заявил: «Сообщение газеты не стало для нас откровением. Подобные разработки активно ведутся и в России». Правда, про эти разработки практически ничего неизвестно, кроме того, что и они завершатся очень и очень нескоро.

В США рельсотроны тоже, если и появятся у военных, то, скорее всего, после 2030 года. Прежде чем можно будет всерьез говорить о его принятии на вооружение, разработчикам нужно будет создать надежные и прочные материалы для ствола, чтобы увеличить его ресурс, а не менять половину орудия после каждой полусотни выстрелов. Полноценный рельсотрон потребует и более долговечной ионисторной сборки, компактного и эффективного источника питания. Вполне возможно, что к тому времени, как все эти проблемы будут решены, внешняя политика Соединенных Штатов и России изменится, и использование рельсотрона для защиты Балтики от кого бы то ни было будет неактуально.